机制砂级配及含量对压实膨胀土干缩裂隙演化规律

为研究砂含量以及级配对压实膨胀土干缩开裂的影响,以勉县滑坡点膨胀土为研究对象,制备了五种机制砂含量和四种机制砂级配的压实膨胀土试样,开展一系列压实土样干燥试验。利用图像处理技术并结合分形理论,对表面干缩裂隙的发育过程及最终状态的裂隙网络几何参数进行了量化分析。研究结果表明:表面裂隙面积的增加,前期表现为裂隙长度的增加,后期表现为裂隙宽度的增加;砂级配相同,随着砂含量从0%增加到40%,最终的表面裂隙率呈现依次降低的趋势,分别为13.18%,11.39%,10.47%,8.91%,7.68%;砂含量(40%)相同,随砂级配从[0.15 mm,0.3 mm)增加到[1.18 mm,2.36 mm),表面裂隙率依次减小,分别为7.68%,7.66%,4.38%,3.75%;裂隙分形维数的变化规律与表面裂隙率相同。

湿干循环下压实膨胀土裂隙扩展规律研究

裂隙特征作为膨胀土裂隙性研究的基础,其定量化描述有助于膨胀土工程性质的深入探究。以膨胀土平面裂隙为研究对象,使用数码摄影获取多次湿干循环下的裂隙扩展图像,采用优化和改进的裂隙图像处理及裂隙特征提取方法,分析所获得的膨胀土裂隙各特征参数。结果表明:室内压实膨胀土表面裂隙率随着湿干循环次数增加而增大,且第二次湿干循环对裂隙率影响最为显著;裂隙发育峰值条数在第一次湿干循环后最多,总长度最大,而三次湿干循环后的裂隙条数和总长度较为相近;裂隙宽度随湿干循环次数增加而增大,且第二次湿干循环影响最为显著;同时,第一次湿干循环中主裂隙发育最明显,在第二次和第三次中宽度发育趋于均匀;通过裂隙方向玫瑰花图发现,裂隙主要沿着初始方向扩展,直至下一次湿干循环;裂隙发育方向在第一次湿干循环中是随机的,而在第二次与第三次中有较高相似性,表明湿干循环对裂隙发育方向的影响也主要发生在第二次。

压实膨胀土路基的膨胀变形规律研究

首先分析了现有规范中膨胀土膨胀量计算方法存在的缺陷,然后以宁淮高速公路淮安段膨胀土为研究对象,根据膨胀土的有荷膨胀率试验成果,分析探讨膨胀土有荷膨胀率与填土初始含水率、上覆荷载和压实度的关系,总结提出了在侧向约束条件下,压实膨胀土的有荷膨胀率与初始含水率、上覆荷载和压实度之间的关系式,并使用该公式得到的膨胀率计算了宁淮高速公路直接使用膨胀土作为路堤填料可能产生的膨胀变形量,分析了初始含水率不同对膨胀量的影响。

环境湿度与温度对压实膨胀土裂隙发育影响试验研究

裂隙是影响膨胀土工程性质的重要因素。以南阳某高速公路膨胀土为对象,采用大尺寸压实膨胀土试样进行不同环境湿度与温度下的裂隙发育试验,通过数码相机摄影并基于自编程序进行土样表面图像的定量化分析,获得裂隙率、均宽及总长等典型特征参数,进而探讨环境湿度与温度对膨胀土裂隙发育规律的影响。结果表明:大尺寸土样裂隙发育特征相较环刀样和薄层饱和泥浆样更接近路基与边坡等工程实际;环境湿度越高,初期裂隙发展越慢,发育持续时间越长,后期裂隙特征统计参数反而越大;环境温度越高,初期裂隙发展越快,但裂隙回缩稳定速度也越快,后期裂隙特征统计参数反而越小;低湿度或高温度使土样表面易于产生更多肉眼不可见的微裂隙,是裂隙特征统计参数与理论分析相比偏小的重要原因,而高湿度与低温度则有利于收缩应力向深层土体传递,促使裂隙偏向数量更少但更宽和更深方向发展。

南阳压实膨胀土膨胀变形规律研究

以南水北调中线一期工程南阳陶岔-沙河南渠段中等膨胀土为研究对象,对压实膨胀土的膨胀变形进行了研究探讨,并对不同初始含水率、压实度和上部荷载的线胀率进行了拟合分析,得到压实膨胀土在有侧限约束条件下的有荷膨胀率与上部荷载之间呈半对数关系,在此基础上,提出了同时考虑压实度、含水率和上部荷载的拟合方程,并可用此方程对实际工程的膨胀变形量进行简单计算.结果表明:用一定厚度的非膨胀土填盖中等膨胀土渠坡,可以有效抑制渠坡的膨胀变形.

土工格栅与压实膨胀土的界面模型及其参数

针对土工格栅与膨胀土界面特性研究的不足,采用单向和双向土工格栅,以及南水北调中线工程新乡段的膨胀性泥灰岩风化土,在填土尺寸为600mm×600mm×600mm的大型叠环式剪切仪上进行一系列拉拔试验,研究了不同含水量及干密度下筋土界面的平均摩阻力-相对位移特征和界面强度特征。采用理想弹塑性模型模拟界面行为,并将界面强度曲线表达为线性函数,基于界面平均摩阻力和筋土平均相对位移研究了界面参数。此外,探讨了考虑渐进屈服时界面参数的反馈分析方法。

压实膨胀土纵波速度与强度的关系研究

利用超声波技术测试压实膨胀土在等幅度干湿循环条件下的纵波速度,探索了纵波波速变化值与直剪强度指标之间的关系。试验结果表明;随着循环次数的增加,压实膨胀土的纵波速度和黏聚力c值均呈衰减趋势,当循环幅度越大时,纵波速度和黏聚力c值衰减程度越大。膨胀土黏聚力c值和纵波速度具有良好的对数衰减关系,而纵波速度与内摩擦角φ值之间不存在某种函数关系。

压实膨胀土表面裂隙参数之间的关系分析

利用图像处理软件对干湿循环后不同压实度的膨胀土试样表面裂隙参数进行提取,并通过曲线回归和拟合得到了裂隙参数之间的函数关系.结果表明:1)裂隙网络相关参数及块区个数、裂隙率、分形维数随干湿循环次数增加而增大,而块区平均面积逐步减小.提高膨胀土的压实度,可有效地抑制土样的开裂.2)裂隙条数、裂隙总长度、块区个数与裂隙率和分形维数都具有良好的指数关系,裂隙平均宽度和块区平均面积与裂隙率分别具有较好的二次多项式关系和对数关系,裂隙平均宽度与分形维数却具有很好的线性关系,区块平均面积与分形维数则具有较好的幂函数关系.实验结果可以简化裂隙的量测,推进裂隙的定量化表述和裂隙的数值模拟化.

基于最小二乘法的压实膨胀土裂隙参数关系分析

利用图像处理软件对干湿循环作用下的压实膨胀土表面裂隙参数进行提取,同时基于最小二乘算法定量分析了各裂隙参数之间的关系.结果表明:1第一次脱湿对土样开裂的影响最为明显,裂隙参数变化幅度最大,随着干湿循环次数的增加,块区个数、裂隙率、分形维数、节点个数等相关裂隙网络参数都逐渐增大,而裂隙平均长度和块区面积逐步减小;2运用最小二乘法对土样表面裂隙参数关系进行分析非常有效,拟合结果合理,预测精度较高;3裂隙的节点个数、块区个数、裂隙率和分形维数能很好地表征其他裂隙网络参数,可以简化对裂隙的量测.

南水北调禹州段压实膨胀土膨胀性试验研究

以南水北调中线禹州段压实膨胀土为研究对象,通过对压实膨胀土样在不同初始状态下的含水率、干密度和竖向荷载的研究,并用多元线性回归的分析方法,提出了压实膨胀土的膨胀变形随初始含水率、干密度、竖向荷载这三个因素的变化规律,同时获得膨胀力随初始含水率和干密度这两个因素的变化规律。本文总结出压实膨胀土的膨胀变形和膨胀力的计算公式,并对计算公式进行了试验验证,证实了计算公式的正确性。试验结果表明,在实际工程中可以通过少量的试验得到计算公式的参数,并用文中提出的计算公式直接计算出膨胀量和膨胀力的值,以预测膨胀土体对工程可能产生的潜在危害。

重金属污染物对压实膨胀土渗透及膨胀特性影响研究

公路汽车排放的重金属等污染物对膨胀土路基渗透及膨胀性能的影响受到越来越多的关注。通过渗透试验和膨胀变形试验研究了不同干密度和金属污染物浓度对压实膨胀土渗透和膨胀性能的影响。试验结果表明干密度1.5 g/cm^3的压实膨胀土试样蒸馏水的渗透系数约为2×10^(-9)m/s;随着压实膨胀土试样干密度增大渗透系数显著减小。因金属污染物对膨胀土扩散双电层(DDL)的影响,压实膨胀土试样渗透系数随着金属污染物Cu^(2+)浓度的增大而增大。由于渗透固结作用,压实膨胀土试样膨胀变形随金属污染物Cu^(2+)浓度的增大而减小。

压实膨胀土的抗拉强度及拉-剪联合强度公式

认识并理解抗拉强度以及拉伸-剪切破坏时的强度规律在评估膨胀土边坡稳定性时具有非常重要的意义。通过测试压实膨胀土的抗拉强度和抗剪强度,研究含水率和干密度对抗拉强度的影响规律,以及干密度对抗剪强度的影响规律,综合分析压实膨胀土的强度特性。试验结果表明:抗拉强度随着干密度增加而提高,其增幅为167.3%~195.5%,并可以采用线性函数进行描述;在塑限含水率范围内,增加的含水率能提高压实膨胀土抗拉强度,指数函数能更好地描述这种变化规律;压实膨胀土的抗剪强度随着干密度增加而增加。综合抗拉强度和剪切强度规律发现,线性规律并不能很好地描述剪切强度随着正应力的变化趋势,因此,提出压实膨胀土的考虑拉-剪破坏效应强度公式,经计算值与试验值对比验证,该公式能有效描述压实膨胀土在压剪和拉剪过程中的强度规律。

压实膨胀土压实特性试验研究

为了探究膨胀土在压实过程中的应力状态演变规律,利用自主研制的一维压实仪,针对澳大利亚马里兰(ML)膨胀土开展一系列不同初始含水率的压实试验,分析压实过程中的吸力及变形特性。研究结果表明,土体压实系数(Cc)受初始含水量影响显著,当初始含水量小于21.4%时,Cc随初始含水量增加而增加,当初始含水量大于21.4%时,Cc保持不变。土体回弹系数(Cr)不受初始含水量影响,压实过程中吸力因"力学增湿"而不断减小,卸荷后土体吸力显著增大。初始含水量相同时,卸载后吸力增加随饱和度增大而增大。基于压实后吸力,压实平面可分为吸力不受饱和度影响与吸力随饱和度增加而增大两部分;常体积下土水特征曲线受孔隙比影响显著;最后,利用基于吸力、饱和度、平均有效应力、修正吸力、孔隙比构建的水土特征曲线及压实曲线,对压实膨胀土中吸力及体积的变化进行了预测。

压缩过程中非饱和膨胀土体变特征与持水特性的水力耦合效应

土体压缩是岩土工程领域的基本问题。压缩过程中非饱和土的力学与水力学行为是同时发生且相互影响的,有必要统一考察体变特征与持水特性的水力耦合效应。为此,以荆门弱膨胀土为研究对象,开展土中水密度试验、饱和与控制吸力下的非饱和一维压缩试验,准确测量了压缩与卸荷回弹过程中孔隙比–重力含水率–吸力–竖向净应力关系,探讨了水力耦合状况下非饱和膨胀土的体变特征与持水特性规律,并建立相应本构描述。结论如下:1加载段,非饱和压缩曲线均发生明显转折,体现出屈服行为;随吸力增大,压缩曲线依次发生"穿越"现象;卸载段大体呈线性,其斜率随吸力增大而降低。提出能够描述干缩、压缩、卸荷体胀、屈服、压缩性与卸荷回弹性随吸力变化等行为的非饱和土体变方程,可直接用于分层总和法计算。2不同吸力下重力含水率变化存在较大差异;压缩至2941.8 k Pa时,不同吸力下含水率非常接近。吸力与竖向净应力对含水率变化的耦合影响可用3参数Logistic函数描述。3压缩过程中饱和度随竖向净应力增大而增大,卸荷过程中随竖向净应力降低亦增大。采用饱和度或重力含水率,对压缩过程中的水力路径会出现"湿化"与"脱湿"的不同判断,即水力耦合状况下土体表现出复杂的持水状态变化特征。

干湿循环条件下碾压膨胀土的裂隙发展规律

为探讨公路工程中膨胀土路基裂隙的开展过程和演化规律,设计并开展了室内模拟试验,初步获得压实膨胀土中裂隙的发育过程及随干湿循环作用次数的变化规律.运用MATLAB的图像处理功能,对开裂试样进行了定性描述和定量统计分析.分析结果表明:初始状态下,试样中产生的裂隙细微短小,裂隙率较低;首次干湿循环作用后,试样裂隙率大幅提高,且开裂宽度和深度急剧加大;但经随后几次干湿循环的作用,裂隙的增长率逐步减小并趋于稳定.研究结论对指导膨胀土路基施工有一定意义.

淮安膨胀土的土水特性

以淮安膨胀土为研究对象,使用压力板法、滤纸法和蒸汽平衡法等3种不同的控制或量测吸力的试验方法,分别对其压实土样进行土水特性试验,得出了吸力范围为0～378 MPa的土水特征曲线.试验结果表明,在初始干密度相近的情况下,低吸力范围内脱湿曲线和吸湿曲线有明显的滞回现象,且当吸力大于100 MPa时,滞回现象基本消失;滤纸法测出的土水特征曲线落在主脱湿和主吸湿曲线的滞回圈内.由蒸汽平衡法所得的高吸力范围土水特征曲线可以看出,吸力接近于1 000 MPa时含水率接近于零.滤纸法的试验结果表明,在土水特征曲线用饱和度和吸力关系表示的情况下,当吸力较小时,干密度大的土水特征曲线处于干密度小的右上方;当吸力较大时,干密度对土水特征曲线的影响不大.

荆门压实弱膨胀土孔隙比-含水率-吸力特征的滞回效应

为探讨水力路径对膨胀土土水特征与体变特征影响中的滞回效应，以压实度为90％的荆门弱膨胀土为研究对象，采用轴平移技术和等压湿度控制法，开展了控制吸力条件下的脱、吸湿试验，获得了0-391000kPa吸力范围内的孔隙比一含水率一吸力关系的滞回效应规律，结论如下：（1）重力含水率一吸力关系的滞回效应显著。吸力小于10000kPa的区域，脱湿边界线与吸湿边界线间涵盖了较大范围；吸力大于10000kPa的区域，滞回效应弱化。脱湿与吸湿边界线并不平行，前者拐点处的斜率明显大于吸湿边界线的相应值。Fredlund—Xing模型能够很好描述土水特征的脱湿与吸湿边界线。脱、吸湿边界线均可分别通过2个特征点划分为：边界效应区、过渡区与残余区；残余吸力与进水值均可取为359100kPa；进气值为72kPa；出气值为lOkPa。（2）孔隙比一吸力关系呈现出显著的滞回效应。利用3参数指数函数可以很好地分别描述主脱、吸湿路径下的孔隙比一吸力关系。（3）孔隙比一重力含水率关系的滞回效应并不显著。采用2参数指数函数可较好地统一描述不同水力路径下的孔隙比一重力含水率关系。（4）饱和度一吸力关系呈现出显著的滞回效应，其脱、吸湿边界线也可用Fredlund—Xing模型分别描述。（5）体变特征的脱湿速率效应显著。